スイッチ、ＬＥＤ、ブザーの知識
先週、制御基板のための部品を購入した哲さん。ロボの背中
に部品が入った袋をくくりつけて、散歩と言い出かけてきた。
湿度が高く、気温も上がっていて、おまけに背中には部品の
袋。これには、ロボもまいって、唸り声をあげながら、しぶ
しぶやってきた。哲さんは、何故唸るのかわからず、これは
バウリンガルが必要かと考えているうちに、啓二さんの仕事
部屋に到着。
哲 ：押忍！ロボが唸って、いつもよりも時間がかかってしまったよ。
バウリンガルが必要かな。
啓二：犬は、暑さに弱いんだよ。おまけに、袋を背負わされては、ロボ
だって、文句の一つも言いたくなるさ。
哲 ：なんだ、そんなことだったのか。
それにしても、よく犬の考えていることがわかるなあ。
啓二：傍目八目と言って、客観的に見れば、誰だって思いつくって。
おい、ロボを、この敷物の上に連れてこいよ。
哲 ：何だ、その敷物。
啓二：この下には、水が循環しているのさ。熱帯魚の水槽に入れるポンプ
を使って作ったんだ。ちょっとした装置を作るので、その実験用。
水を流して、冷房できないかやっているんだ。
哲 ：あれ、ロボが腹ばいになったぞ。
啓二：暑いから、体を冷やしているのさ。猫なら、すぐにやってくるぞ。
今は、水だが、ぬるま湯を循環させることも考えている。
哲 ：何でそんなことするんだよ。
啓二：頭寒足熱と言って、同じ室温ならば、足を暖めている方が、暖かく
感じるんだ。そして、足を冷やすと、同じ温度でも、寒く感じる。
それを活用した、省エネ装置さ。
哲 ：ふーん。これがロボットとどう関係するんだ。
啓二：直接は関係しないが、７８ｋの応用装置として作ってみたんだ。
ポンプで液体を循環させるために、ポンプが排出吸入する流体
の量を調整しているんだ。温度センサー、ポンプ、スイッチや
ブザーを使っているのさ。要するに、センサーやアクチュエータ
の動作を調べていると言ったところ。
哲 ：いろいろやるなあ。さて、今日は、半田付けかな。
啓二：まあ、待て。半田付けする前に、部品についての知識を仕入れないとな。
哲 ：そうか。まず、スイッチだな。
啓二：うん。スイッチは、タクト、スライド、トグルと数種類ある。
動作時の内容を設定するために、ＤＩＰ（ディップ）スイッチ
なんてのもある。で、どのスイッチにも、チャタリングがある。
哲 ：チャタリングっていう言葉だけは聞いたことがある。
啓二：そうか。スイッチをＯＮからＯＦＦ、ＯＦＦからＯＮにするとき
１０ｍｓ程度、ＯＮとＯＦＦの状態を繰り返して、その後に定常
状態であるＯＦＦやＯＮに落ち着く現象だ。バウンシングとも
いうが。
哲 ：そのチャタリングがどうかしたか。
啓二：１０ｍｓというと、マイコンからみるととてつもない長い時間なんだよ。
その間、どちらに転ぶかわからないし、スイッチを押した回数を数える
なんてプログラムを書いたら、カウントミスする。で、ソフトウエアか
ハードウエアで除去しないとならない。
哲 ：まあ、ハードウエアの仕事だな。
啓二：そうかな。これは、ハードでもソフトでも除去できるが、最近は
ソフトの仕事なんだ。
哲 ：何でだよ。
啓二：ハードだと、除去するために部品が必要になる。この部品をつけると
コストがあがるし、故障の確率も高くなる。さらに、小さい基板だと
部品をつけるスペースがないこともある。それで、ソフトで除去する。
哲 ：１０ｍｓの間、スイッチの監視をしているのか。もったいない。
啓二：タイマー割込みを利用して、ポーリングでのスイッチ監視なんかしない。
割込みで、チャタリングしている間をスキップするのさ。
哲 ：嵐が過ぎるのを待つってか。じゃ、ＬＥＤについての知識は何だ。
啓二：まず、ＬＥＤを光らせるには、１ｍＡから２０ｍＡの電流を流す。
そして、ＬＥＤのアノードからカソードに向けて電流を流さないと
ならない。そして、この方向に電流を流したときには、順方向電圧
というのが、発生する。この電圧が、青色ＬＥＤで３．２Ｖから
３．８Ｖ程度。他の色は、だいたい２Ｖと覚えておけばよい。
哲 ：簡易電源を作ったときにも、そんな話をしていたなあ。
啓二：赤色ＬＥＤを使って、５Ｖ電源が接続されているかどうかの
パイロットランプに使っただろう。
あの時は、（５Ｖ−２Ｖ）／１０ｍＡで抵抗を３００Ωと計算した。
哲 ：そういう知識があったから、即座に計算できたのか。
でも、あの時は４７０Ωを使ったぞ。今回購入してきた
抵抗値は、１ｋΩ。一体電流の値は、いくらにするつもりだ。
啓二：計算すればいいだろう。
新しい知識を仕入れても、使わないと知恵にはならんぞ。
その知識を使って、何かして、はじめて知恵になるんだ。
哲 ：（５Ｖ−２Ｖ）／１ｋΩで３ｍＡか。
これじゃ輝度が足りないんじゃないか。
啓二：大丈夫だよ。心配なら、ＬＥＤ極性チェッカーの抵抗値を
変えて調べてみな。疑問が湧いたら、自分で調べて確認する。
これが、技術者の基本のひとつだろうさ。
哲 ：おっと、結構明るいなあ。確かに確認できる。
もう少し明るくしたいところだが、抵抗が１ｋΩしかないしなあ。
啓二：お前、人の話を聞いてなかったな。１ｋΩを半分の５００Ω
にして見ればよいだろう。並列に接続して。
哲 ：おっと、そうだった。そうか、これが知識と知恵の違いか。
啓二：そんなんだから、子供に威厳を保てないし、奥さんに
軽く見られるんだぞ。
じゃあ、１０ｍＡ程度流したいときには、どうする。
哲 ：抵抗を３００Ω程度にすればいいから、そうか３つ並列に
してしまうといいんだ。
抵抗を、１袋も買う意味がわかったよ。
啓二：だろう。頭は生きているときに使えっての。
哲 ：へーえ、ソフトばかり扱っていると、こんなことは考えないなあ。
啓二：ソフトだって同じだろう。結果が同じでも、実現する方法は複数
あるんだから。それと同じ。
哲 ：あ、ロボが立ち上がって、敷物からよけた。
目で見てわかったけれど、こういうのを耳でわかるように
しておくと便利だよな。
啓二：そういうときは、ブザーを利用するんだよ。昔、風呂ブザーって
作っただろう。
哲 ：ああ、それで部品代を多めにもらって、余った金でアイス
キャンディ食ったなあ。
啓二：そのときに、ブザーに電池をつけると鳴り出すのを使ったか。
哲 ：うん、確か２本の線がお湯につかると、トランジスタスイッチで
ブザーに電池がつながって、鳴ってたな。
啓二：じゃあ、そのブザーは発振器内蔵だ。ブザーには、発振器を持ってない
種類もあるんだ。今回買ってきたのは、どっちかな。どちらでも音階は
出せるけれど。
哲 ：何、音階が出せるって。じゃあ、SoundBlasterみたいなことがマイコン
でできるのか。
啓二：それは無理。SoundBlasterは、専用ＩＣを利用したＦＭ音源を利用する。
ブザーの場合は、せいぜいＯＮとＯＦＦを交互に繰り返す処理で対応する
から無理だよ。
哲 ：で、半田付けしないの。
啓二：ユニバーサル基板の場合は、部品の配置をきめる、レイアウトを先にする。
それから半田付けする。まずは、部品をゆったりと並べて、それでＯＫと
なったら、半田付けする。レイアウトしてみなよ。
哲 ：お前、いつも回路図だけを見ながらやっているじゃない。それじゃ駄目か。
啓二：それは、１００枚以上も半田付けしてきた経験があるから。それでも実体
配線図のようなものは作っているんだ。お前のような初心者は、同じこと
をやろうとしても無理だよ。それに、部品の配置をしっかり決めて、半田
付けした方がミスも少ないし、早くできるんだ。急がば、回れってね。
哲 ：わかったよ。ここでやっていくよ。
啓二：よしよし。その間に、おやつを作っておく。